Cap.4 Propriedades Mecânicas dos Metais Parte I

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Chapter 6 - 1 
Centro Universitário Una 
Engenharia Mecânica 
 
 
 
Capítulo 4: 
 Propeidades Mecânicas dos Metais 
 
 
 
 
 
Disciplina: Ciência e Tecnologia dos Materiais 
 
Chapter 6 - 2 
A deformação elástica 
é reversível! 
Deformação Elástica 
1. Inicial 2. Carga baixa 3. Descarregamento 
F 
Δl 
Deslocamento 
dos átomos 
Voltam a posição 
inicial 
 
F 
Δl 
Elástico-linear 
Elástico não-linear 
Chapter 6 - 3 
A deformação plástica 
é permanente! 
Deformação Plástica (Metais) 
F 
Δl 
Δl plástica 
1. Inicial 2. Carga baixa 3. Descarregamento 
p lanos 
ainda 
cisalhados 
F 
Δl 
elástica + plástica 
deslocamento 
dos átomos e 
escorregamentos 
de planos atômicos 
Δl plástica 
Chapter 6 - 4 
Determinação das Propriedades 
Realização de ensaios 
padronizados e normalizados 
(ABNT, ASTM, DIN...) sob 
condições específicas de: 
 
Solicitações mecânicas 
tração 
compressão 
cisalhamento 
Torção 
Temperaturas 
ambiente 
baixas 
altas 
Ambientais 
inerte 
redutora 
oxidante 
corrosiva 
Tipos de tensões: tração, compressão, cisalhamento e torção 
Chapter 6 - 5 
• Tensão de tração: cabo 
Estados comuns da tensão 
A o = área da seção transversal 
 (quando descarregado) 
F F 
o 
s = 
F 
A 
o 
t = 
F s 
A 
s s 
M 
M A o 
2R 
F s 
A c 
• Torção (uma forma de cisalhamento): eixo de transmissão 
Teleférico (photo 
courtesy P.M. Anderson) 
Chapter 6 - 6 
(photo courtesy P.M. Anderson) 
Ponte Canyon, Los Alamos, NM 
o 
s = 
F 
A 
• Tensão de compressão: 
Nota: membro da estrutura 
comprimida 
(s < 0 ). 
(photo courtesy P.M. Anderson) 
Outros estados comuns da tensão 
A o 
Parque Nacional de Arches 
Chapter 6 - 7 
• Tensão Bi-axial: • Compressão Hidrostática: 
Tanque pressurizado 
s < 0 h 
(photo courtesy 
P.M. Anderson) 
(photo courtesy 
P.M. Anderson) 
Peixe na água 
s z > 0 
s q > 0 
Chapter 6 - 8 
Teste de Tensão-Deformação 
• Máquina de ensaio 
de tração 
Adapted from Fig. 6.3, Callister 7e. (Fig. 6.3 is taken from H.W. 
Hayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of 
Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, p. 2, John Wiley and Sons, 
New York, 1965.) 
amostra Extensômetro 
• Corpo de prova 
padrão para ensaio de 
tração 
Adapted from 
Fig. 6.2, 
Callister 7e. 
comprimento 
útil (2”) 
F 
F 
Teste de 
tração 
Chapter 6 - 9 
Propriedades Elásticas 
• Módulo de Elasticidade, E: 
 (também conhecido como módulo de Young) 
 
É considerado como a rigidez, ou uma resistência do material à 
deformação elástica. 
• Lei de Hooke: s = E e 
Ex.: ferro fundido cinzento, concreto, muitos polímeros 
Inclinação de uma secante tirada desde a origem até algum 
ponto específico sobre a curva σ-ε 
Inclinação da curva σ-ε em um 
nível de tensão específico. 
 
Chapter 6 - 10 
Coeficiente de Poisson, n 
• Coeficiente de Poisson, n: valor puro – propriedade elástica. 
Para a deformação elástica, é a razão negativa entre as deformações lateral e axial resultantes da 
aplicação de uma tensão axial. 
Unidades: 
E: [GPa] ou [psi] 
n: adimensional 
e 
n = - 
x 
e 
metais: n ~ 0,33 
cerâmicas: n ~ 0,25 
polímeros: n ~ 0,40 
 
ε menor 
n menor 
Materiais isotrópicos 
 
z 
= 
e y 
e z 
- 
Chapter 6 - 11 
Propriedades Mecânicas 
• Curvas força-separação para materiais que 
possuem ligações interatômicas tanto fortes como 
fracas. 
 
 
 
 
 
 
 
 Adapted from Fig. 6.7, 
 Callister 7e. 
E: cerâmicos>metais>polímeros 
Van der Walls: ~10 Kcal/mol 
Covalente: ~125 a 300 Kcal/mol 
Iônica: 150 a 300 Kcal/mol 
Metal: 20 a 200 Kcal/mol 
O E é proporcional à inclinação da 
curva força-separação interatômica 
Chapter 6 - 12 
Metais 
Ligas 
Grafite 
Cerâmicas 
Semicond 
Polímeros 
Compósitos 
/fibras 
E(GPa) 
Based on data in Table B2, 
Callister 7e. 
Dados dos compósitos baseados em 
epóxi reforçada com 60 %vol de 
fibra de carbono, aramida ou fibra de 
vidro. 
Comparação: Módulo de Young 
109 Pa 
0.2 
8 
0.6 
1 
Magnesium, 
Aluminum 
Platinum 
Silver, Gold 
Tantalum 
Zinc, Ti 
Steel, Ni 
Molybdenum 
G raphite 
Si crystal 
Glass - soda 
Concrete 
Si nitride 
Al oxide 
PC 
Wood( grain) 
AFRE( fibers) * 
CFRE * 
GFRE* 
Glass fibers only 
Carbon fibers only 
A ramid fibers only 
Epoxy only 
0.4 
0.8 
2 
4 
6 
10 
2 0 
4 0 
6 0 
8 0 
10 0 
2 00 
6 00 
8 00 
10 00 
1200 
4 00 
Tin 
Cu alloys 
Tungsten 
<100> 
<111> 
Si carbide 
Diamond 
PTF E 
HDP E 
LDPE 
PP 
Polyester 
PS 
PET 
C FRE( fibers) * 
G FRE( fibers)* 
G FRE(|| fibers)* 
A FRE(|| fibers)* 
C FRE(|| fibers)* 
Chapter 6 - 13 
Deformação Plástica (Permanente) 
• Teste de Tração: 
Tensão de engenharia, s 
Deformação de 
engenharia, e 
Elástica+Plástica 
a uma tensão maior 
Plástica (permanente) 
após carregamento removido 
ep 
Deformação plástica 
Elástica 
Adapted from Fig. 6.10 (a), 
 Callister 7e. 
Chapter 6 - 14 
• Tensão na qual uma deformação plástica perceptível 
ocorreu. 
quando e = 0,002 
Limite de Escoamento, se 
se = limite de escoamento: é 
a medida da resistência à 
deformação plástica muito 
pequena. 
 
Nota: para uma amostra de 2" 
 e = 0,002 = l/l0 
  l = 0,004 in Adapted from Fig. 6.10 (a), 
 Callister 7e. 
s 
e 
se 
e = 0,002 
. 
Limite de proporcionalidade 
Chapter 6 - 15 
valores a T ambiente 
Based on data in Table B4, 
Callister 7e. 
a = recozido 
hr = laminado a quente 
ag = envelhecido 
cd = estirado a frio 
cw = trabalhado a frio 
qt = temperado 
Limite de Escoamento: Comparação 
Grafite/ 
Cerâmicas/ 
Semicond 
Metais/ 
ligas 
Compósitos/ 
fibras 
Polímeros 
L
im
it
e
 d
e
 e
s
c
o
a
m
e
n
to
, 
 
s
 e
 
(M
P
a
) 
PVC 
H
a
rd
 t
o
 m
e
a
s
u
re
 
, 
 
s
in
c
e
 i
n
 t
e
n
s
io
n
, 
fr
a
c
tu
re
 u
s
u
a
lly
 o
c
c
u
rs
 b
e
fo
re
 y
ie
ld
. 
Nylon 6,6 
LDPE 
70 
20 
40 
60 
50 
100 
10 
30 
2 00 
3 00 
4 00 
5 00 
6 00 
7 00 
10 00 
2 0 00 
Tin (pure) 
Al (6061) a 
Al (6061) ag 
Cu (71500) hr 
Ta (pure) 
Ti (pure) a 
Steel (1020) hr 
Steel (1020) cd 
Steel (4140) a 
Steel (4140) qt 
Ti (5Al-2.5Sn) a 
W (pure) 
Mo (pure) 
Cu (71500) cw 
H
a
rd
 t
o
 m
e
a
s
u
re
, 
 
in
 c
e
ra
m
ic
 m
a
tr
ix
 a
n
d
 e
p
o
x
y
 m
a
tr
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 c
o
m
p
o
s
it
e
s
, 
s
in
c
e
 
in
 t
e
n
s
io
n
, 
fr
a
c
tu
re
 u
s
u
a
lly
 o
c
c
u
rs
 b
e
fo
re
 y
ie
ld
. 
H DPE 
PP 
humid 
dry 
PC 
PET 
¨ 
Chapter 6 - 16 
Resistência à Tração 
Adapted from Fig. 6.11, 
Callister 7e. 
sy 
strain 
Typical response of a metal 
F = tensão de 
fratura 
 
pescoço – atua 
como concentrador 
de tensões. 
 t
e
n
s
ã
o
 d
e
 e
n
g
e
n
h
a
ri
a
 
LRT 
 deformação de engeharia 
• Tensão máxima de engenharia na curva de tensão-deformação. 
Nessa tensão máxima, se inicia o empescoçamento,e toda deformação subsequente fica confinada neste 
pescoço. 
Deformação uniforme 
Chapter 6 - 17 
Resistência à Tração: Comparação 
Si crystal 
<100> 
Grafite/ 
Cerâmicas/ 
Semicond 
Metais/ 
ligas 
Compósitos/ 
fibras 
Polímeros 
 r
e
s
is
tê
n
c
ia
 à
 t
ra
ç
ã
o
, 
R
T
 
(M
P
a
) 
PVC 
Nylon 6,6 
10 
100 
200 
300 
1000 
Al (6061) a 
Al (6061) ag 
Cu (71500) hr 
Ta (pure) 
Ti (pure) a 
Steel (1020) 
Steel (4140) a 
Steel (4140) qt 
Ti (5Al-2.5Sn) a 
W (pure) 
Cu (71500) cw 
L DPE 
PP 
PC PET 
20 
30 
40 
2000 
3000 
5000 
Graphite 
Al oxide 
Concrete 
Diamond 
Glass-soda 
Si nitride 
H DPE 
wood ( fiber) 
wood(|| fiber) 
1 
GFRE (|| fiber) 
GFRE ( fiber) 
C FRE (|| fiber) 
C FRE ( fiber) 
A FRE (|| fiber) 
A FRE( fiber) 
E-glass fib 
C fibers 
Aramid fib 
valores a T ambiente 
Based on data in Table B4, 
Callister 7e. 
a = recozido 
hr = laminado a quente 
ag = envelhecido 
cd = estirado a frio 
cw = trabalhado a frio 
qt = temperado 
AFRE, GFRE, & CFRE = 
aramida, vidro, e carbono 
compósito de epóxi reforçado 
com fibra, com 60 %vol 
de fibras.